Antica storia del riscaldamento
Anche nelle prime fasi dell'evoluzione, per l'uomo era più facile vivere in regioni con
Uno dei fattori che ha permesso all'umanità di diventarela visione prevalente sulla Terra è diventata la comprensione che corpi, liquidi e gas intorno a noi possono essere riscaldati, e il calore ci permette di rendere la vita più confortevole, appagante e più facile. Naturalmente, l'uomo primitivo non ha padroneggiato immediatamente la tecnica dell'uso del fuoco (tanto più non dal punto di vista della combustione, ma proprio del riscaldamento). La prima prova dell'uso umano del fuoco per cucinare e riscaldarsi è stata trovata in Africa orientale: a Chesowanyi vicino al lago Baringo, Koobi Fora e Ologesalirie in Kenya.
Quindi, le prove in Chesovagni presentanosono frammenti di argilla rossa, che ha 1,42 milioni di anni. A giudicare dalla loro durezza, sono stati riscaldati a 400 ° C. In Kenya sono state trovate prove dell'uso di fuoco di Homo erectus, di circa 1,5 milioni di anni, con depositi rossi che possono formarsi solo a temperature di 200-400°C.
Che cos'è il riscaldamento?
Il riscaldamento è naturale o artificialeprocesso fisico di aumento della temperatura. Ciò può essere dovuto all'energia interna o alla fornitura di energia dall'esterno. Per quest'ultimo, viene utilizzato un elemento riscaldante. I progetti possono essere molto diversi: da un incendio a un reattore nucleare.
A parte le differenze nelle fonti energetiche, il processo stessoil riscaldamento può avvenire sia esternamente che internamente. Esempi recenti includono: il calore generato nel nucleo terrestre a causa dell'energia trasportata dai flussi di magma; soluzioni durante l'elettrolisi o, a proposito, i moderni sistemi di riscaldamento del tabacco. Con il riscaldamento dall'esterno, tutto è semplice: è un classico fuoco, riscaldamento, microonde.
Il riscaldamento avviene aumentando la velocitàil movimento o la vibrazione delle molecole e degli atomi che compongono il corpo. Questo processo avviene in modi diversi in corpi diversi. Se stiamo parlando di gas, le loro molecole si muovono casualmente ad alta velocità (può essere di centinaia di metri al secondo) attraverso l'intero volume pieno di gas. Durante il loro movimento, le molecole si scontrano e rimbalzano l'una sull'altra, modificando la velocità e la direzione del movimento. Nel caso dei liquidi, le molecole in esse contenute vibrano attorno a posizioni di equilibrio, poiché si trovano molto vicine l'una all'altra e relativamente raramente possono saltare da una posizione all'altra. Nei solidi, le particelle vibrano attorno a una posizione di equilibrio. Il riscaldamento in tutti i casi di cui sopra porta al fatto che la velocità delle particelle aumenta. Pertanto, il movimento caotico delle particelle è solitamente chiamato termico in fisica. E il riscaldamento del corpo stesso dipende dalla sua capacità termica e conduttività termica.
Capacità termica- la quantità di calore assorbita o rilasciata da un corpo durante il processo di riscaldamento (raffreddamento) di 1 K (Kelvin).
Conduttività termica- la capacità dei corpi di condurre il calore da piùparti riscaldate del corpo verso parti meno riscaldate dal movimento caotico delle particelle (atomi, molecole, elettroni). Tale trasferimento di calore può avvenire in qualsiasi corpo con una distribuzione della temperatura non uniforme, ma il meccanismo di trasferimento del calore dipenderà dallo stato di aggregazione della materia.
Il riscaldamento è utilizzato oggi in un'ampia varietà diambiti della vita umana: dall'uso domestico in cucina e riscaldamento agli esperimenti scientifici e ai trasporti. E la natura stessa utilizza questo processo: il ghiaccio si scioglie, i cambiamenti climatici, la temperatura dell'acqua negli oceani aumenta, la flora e la fauna cambiano, si formano sostanze chimiche e rocce.
Bollente
L'ebollizione è il metodo di riscaldamento più comuneacqua utilizzata esclusivamente dall'uomo. Non si tratta solo di cucinare, che richiede acqua bollente. L'ebollizione consente anche di distruggere la maggior parte dei parassiti che vivono nell'acqua, di decontaminare il cibo e anche di pulire cose, oggetti dalla contaminazione da grasso.
Il processo di bollitura si compone di tre fasi:sul primo, compaiono bolle d'aria nell'acqua, che scivolano dal fondo del contenitore, sul secondo: le bolle iniziano a salire rapidamente in superficie, si verifica torbidità, simile all'acqua che scorre da una sorgente. Nella terza fase, l'acqua inizia a bollire, grandi bolle raggiungono la superficie e l'acqua può spruzzare.
Il processo di ebollizione è accompagnato dal rilascio di vapore.Inoltre, durante l'ebollizione, le particelle colloidali di sporco si depositano e l'acqua si ammorbidisce, poiché i sali precipitano e la concentrazione di componenti volatili e di cloro libero diminuisce.
Ma con l'ebollizione prolungata, aumentaconcentrazione di sostanze non volatili. Il riscaldamento dell'acqua in acqua bollente non può distruggere metalli pesanti, pesticidi, erbicidi, nitrati, fenoli e prodotti petroliferi. Ci sono microbi che possono sopravvivere nell'acqua bollente per un periodo piuttosto lungo - minuti o addirittura ore. I prioni non si disattivano nemmeno se fatti bollire per 18 minuti a 134 °C in un'autoclave a vapore sigillata.
Trattamento termico degli alimenti
Il trattamento termico è utilizzato nella cottura di varipopoli e culture per un gran numero di prodotti. Tipicamente, tale lavorazione ha tre obiettivi: ammorbidimento, miglioramento del gusto o dell'aspetto e decontaminazione, soprattutto quando si tratta di prodotti a base di carne.
Oltre alla cucina, che può avvenire non solo conil processo di bollitura, ma anche al vapore, nonché a bassa temperatura, lo stesso tipo di lavorazione prevede la cottura sottovuoto - sottovuoto, quando i prodotti vengono cotti in confezioni sottovuoto; Inoltre esiste un metodo di cottura in autoclave, dove la cottura avviene sotto pressione eccessiva ad una temperatura di 110–130°C.
Un altro tipo di trattamento termico è la frittura,il secondo metodo di cottura più comune. Il prodotto aderisce alle stoviglie la cui superficie è imbrattata da un sottile strato di grasso bollente. Se stiamo parlando di prodotti a base di farina e di una categoria speciale di piatti, viene utilizzata la cottura in un piano cottura o in un forno. E i prodotti a base di carne e pesce vengono spesso affumicati utilizzando fumo caldo e freddo.
Per mantenere la temperatura prima dell'erogazione o durantedurante il trasporto viene utilizzato un tipo speciale di trattamento: la termostatazione. E per un servizio efficace, viene utilizzata l'accensione a breve termine del piatto finito, questo si chiama fiammeggiante.
Il riscaldamento
I residenti conoscono questo metodo di riscaldamento dell'aria.molti paesi: è quasi impossibile sopravvivere alla lunga stagione invernale senza riscaldamento. Sul territorio della Russia, la temperatura media dell'aria durante questo periodo è di -19,7 ° C. Il riscaldamento dell'acqua è il metodo più popolare ed economico, ma oggi ci sono altre opzioni che ti consentono di riscaldare la casa di una persona moderna. Inoltre, il loro compito include non solo il riscaldamento della stanza per compensare la perdita di calore, ma anche il mantenimento della temperatura.
A seconda del metodo predominanteIl riscaldamento degli ambienti per trasferimento di calore può essere convettivo e radiante. Per riscaldamento convettivo si intende un tipo di riscaldamento in cui il calore viene distribuito a causa della miscelazione di volumi di aria calda e fredda. Gli svantaggi del riscaldamento convettivo includono una grande differenza di temperatura nella stanza (temperatura dell'aria alta nella parte superiore e bassa nella parte inferiore) e l'impossibilità di ventilare la stanza senza perdere energia termica. Il metodo radiante implica la presenza di dispositivi speciali che vengono installati sotto il pavimento o sopra l'area riscaldata o montati direttamente nelle pareti.
A seconda della fonte di calore, il riscaldamento può essere molto vario: dalla stufa e dal vapore al combustibile liquido e agli infrarossi.
I sistemi di riscaldamento esistono da molte centinaia di anni.Il primo mezzo di riscaldamento è il fuoco. E il dispositivo di riscaldamento è l'ipocausto, un antico "pavimento caldo" utilizzato dai romani. La superficie del pavimento in pietra veniva riscaldata con l'aiuto del gas, che usciva dai forni e si accumulava nelle cavità sotto il pavimento.
Nucleo della terra
Il più grande "riscaldatore" del mondo si trova ail vero cuore del nostro pianeta è nel centro della Terra. La parte centrale e più profonda del pianeta si trova sotto il mantello e, presumibilmente, è costituita da una lega ferro-nichel con una mescolanza di altri elementi siderofili. La profondità è di 2.900 km. Il nucleo è diviso in un nucleo interno solido con un raggio di circa 1.300 km e un nucleo esterno liquido di circa 2.200 km di spessore. La temperatura sulla superficie del nucleo solido terrestre raggiunge 6.230 ± 500 K (5.960 ± 500 ° C).
Colossaleflussi di calore ascendenti di magma - pennacchi. Alla superficie del mantello, si diffondono ai lati, causando la deriva dei continenti, e quando si raffreddano affondano nelle profondità. Ma il nucleo ha le sue fonti di riscaldamento: il decadimento degli elementi radioattivi di lunga durata e l'attrito tra il nucleo e gli strati esterni della Terra, la cui rotazione viene gradualmente rallentata dalle maree. Eppure il nucleo si raffredda e si cristallizza gradualmente da questo: il diametro del nucleo solido interno aumenta di diversi centimetri al secolo.
Riscaldamento in chimica
L'aumento della temperatura è utilizzato nella chimicaindustrie per accelerare il trasferimento di massa e i processi chimici, le cui condizioni di temperatura dipendono dal refrigerante e dal metodo di riscaldamento: vapore acqueo, liquidi caldi, gas puntuali, corrente elettrica e radiazione.
Il metodo più comune nel biologicola sintesi sta bollendo e riscaldandosi. Secondo la regola di Van't Hoff, quando riscaldato a 10°C, la velocità delle reazioni chimiche aumenta di 2-4 volte. Le reazioni chimiche nella chimica organica (al contrario della chimica inorganica) procedono piuttosto lentamente. Pertanto, il riscaldamento accelera notevolmente il lavoro dei chimici.
Ma i composti organici sono piuttosto instabili e, sotto una forte influenza, indugiano. Pertanto, in alcuni casi, le reazioni vengono eseguite non con il riscaldamento, ma con il raffreddamento.
I bagni d'acqua sono usati solo nei casi in cuiquando è richiesto il riscaldamento a una temperatura non superiore a 100 ° С. I bagni di sabbia vengono utilizzati per una delicata esposizione alle alte temperature o per una leggera calcinazione. Temperatura del bagno di sabbia 200-300 ° . Il riscaldamento ad alte temperature viene effettuato in forni a muffola. La calcinazione viene eseguita in crogioli, che di solito sono coperti da coperchi.
Viene utilizzato anche il riscaldamento elettricoindustria chimica, principalmente per risparmiare denaro. Il riscaldamento diretto di acqua e soluzioni acquose con corrente elettrica alternata ad una tensione elettrica inferiore alla tensione di decomposizione dei liquidi mostra che a basse potenze specifiche l'energia termica generata supera l'energia elettrica spesa introdotta nel liquido riscaldato.
Riscaldamento a induzione
Il riscaldamento a induzione è il riscaldamento dei materialicorrenti elettriche indotte da un campo magnetico alternato. Tale riscaldamento di prodotti realizzati con materiali conduttivi - conduttori - avviene con l'aiuto del campo magnetico degli induttori. Il sistema induttore del pezzo è un trasformatore senza nucleo in cui l'induttore è l'avvolgimento primario. Il pezzo è un avvolgimento secondario cortocircuitato. E il flusso magnetico tra gli avvolgimenti è chiuso nell'aria.
Le correnti parassite vengono spostate ad alta frequenzail campo magnetico formato da loro nei sottili strati superficiali del pezzo (effetto pelle), a seguito del quale la loro densità aumenta bruscamente e il pezzo si riscalda. L'induttore stesso diventa molto caldo durante il funzionamento, poiché assorbe la propria radiazione. Inoltre, assorbe la radiazione termica da un pezzo caldo. Gli induttori sono costituiti da tubi di rame raffreddati ad acqua. L'acqua viene fornita per aspirazione: ciò garantisce la sicurezza in caso di bruciatura o altra depressurizzazione dell'induttore.
Questo metodo è utilizzato in un'ampia varietà di aree industriali: dalla fusione ultrapura senza contatto alla gioielleria e alla disinfezione di strumenti medici.
Riscaldamento dielettrico (microonde)
Per riscaldare materiali dielettriciviene utilizzato un campo elettrico alternato o un'onda elettromagnetica: stiamo parlando dei famosi forni a microonde o forni a microonde. Il riscaldamento ad alta frequenza (con correnti ad alta frequenza) viene creato nei condensatori e le microonde (radiazione a microalta frequenza) vengono create nelle guide d'onda e nei risonatori a cavità. Con questo metodo il riscaldamento dei corpi è causato dalle perdite dovute alla polarizzazione dipolare dei dielettrici.
Lo svantaggio di questo metodo è la sua eterogeneità. Con il metodo a microonde, si verifica solo il riscaldamento superficiale, che dipende dalla conduttività termica del materiale.
Quando si utilizzano onde a microonde elettromagneticheil riscaldamento è causato dalla rotazione del dipolo molecolare in un dielettrico - una tipica molecola di dipolo è una molecola d'acqua. Il metodo è più comunemente usato per scongelare e riscaldare gli alimenti. Poiché l'acqua negli alimenti contiene una grande quantità di sali che si dissociano in ioni, che fungono da portatori di cariche elettriche e reagiscono anche a un campo elettromagnetico alternato, il riscaldamento degli alimenti è causato sia dal riorientamento delle molecole di dipolo polare sia dallo spostamento di ioni.
Tabacco da riscaldamento
Riscaldare il tabacco, non bruciarlo, è diventatouna differenza fondamentale tra i prodotti alternativi senza fumo che vengono sviluppati presso il centro di ricerca e sviluppo di Philip Morris International (PMI). L'azienda ha fatto affidamento su tecnologia, scienza e innovazione dirompenti. Il Centro impiega più di 430 scienziati e ingegneri di varie specialità, che hanno applicato tutta la loro esperienza e conoscenza per più di 10 anni per creare un futuro senza fumo di sigaretta. L'azienda conduce una valutazione scientifica graduale e completa dei suoi innovativi prodotti senza fumo basati sulle pratiche applicate nell'industria farmaceutica, seguendo gli standard internazionali di qualità, i principi di buona pratica di laboratorio (GLP) e la buona pratica clinica (GCP). IQOS ha superato tutte le fasi di una rigorosa valutazione scientifica, inclusi 18 studi preclinici e 10 studi clinici, durante i quali è stato confermato che quando si utilizza IQOS vengono emesse il 95% in meno di sostanze nocive rispetto alle sigarette.*
Importante:questo non significa una riduzione del rischio del 95%. L'uso di IQOS non elimina i rischi per la salute.
* “95% di contaminanti in meno” si riferisce alla riduzione media dei livelli di contaminanti (esclusa la nicotina) nell’aerosol IQOS rispetto al fumo della sigaretta di riferimento utilizzata nello studio (3R4F).
IQOS utilizza la tecnologia HeatControl™,che è così disposto: un elemento a forma di lama in ceramica riscalda il tabacco dall'interno ad una temperatura non superiore a 350 ° C. Un tale regime di temperatura esclude la combustione, il che significa che non si formano fumo e cenere, non c'è rischio di bruciare vestiti, tappezzeria dell'auto, mobili o bruciare qualcuno.
L'unicità della tecnologia sta nel fatto cheil riscaldamento avviene dall'interno, non dall'esterno, e l'elemento entra in contatto diretto con il tabacco, non accendendolo, ma riscaldandolo dolcemente. Inoltre, grazie a tecnologie innovative, la temperatura di riscaldamento durante il funzionamento del dispositivo IQOS viene controllata automaticamente e mantenuta al livello richiesto. Tracce di oro e platino applicate all'elemento riscaldante insieme formano una termocoppia che misura e trasmette i dati di temperatura a un'unità di controllo situata nel supporto del dispositivo.
In tutti i modelli IQOS senza eccezioni – dadal classico 2.4 Plus al più nuovo ed elegante IQOS 3 DUOS - utilizzando la tecnologia brevettata sviluppata in Svizzera. Durante la creazione di IQOS, scienziati ed esperti di tecnologia sono riusciti a eliminare il processo di combustione, sostituendolo con il calore, quindi IQOS presenta una serie di vantaggi rispetto a continuare a fumare sigarette. Oggi, più di 11 milioni di utenti adulti in tutto il mondo hanno scelto IQOS*.
* Dati basati su dati finanziari interniReport PMI, sondaggi IQOS per adulti e analisi di mercato a partire da [ottobre 2020]. Abbiamo preso in considerazione gli utenti IQOS adulti che hanno completamente smesso di fumare sigarette e per i quali il consumo di bastoncini di tabacco PMI è stato almeno il 70% di tutto il tabacco riscaldato negli ultimi 7 giorni al momento del sondaggio.
Trattamento al plasma
Se uniamo termofisico eprocessi elettrochimici sulla superficie dell'anodo, associati all'ebollizione locale del liquido, ne risulterà quindi un fenomeno chiamato trattamento elettrolitico-plasma. Un altro nome è il riscaldamento anodico dell'elettrolita.
Per la prima volta si verifica il fenomeno del bagliore e del riscaldamento degli elettrodinotato da diversi scienziati nel 19° secolo: Arthur Wehnelt, Alexander Walter e Georg Simon Ohm. Hanno dimostrato che, a causa dell'effetto termico della corrente su un elettrodo con una superficie relativamente piccola attorno ad esso, si verifica l'ebollizione locale della soluzione con la formazione di uno strato di vapore e l'apertura del circuito elettrico. L'induttanza presente nel circuito contribuisce alla comparsa di emf. e rottura dello strato vapore-gas con fenomeni luminosi.
Questo metodo di riscaldamento è ampiamente utilizzato oggi.per l'indurimento ad alta velocità delle superfici delle parti, ad esempio cementazione, nitrurazione, bordura, nitrocarburazione e/o tempra in un elettrolita di lavoro. E il trattamento elettrolitico al plasma dell'acciaio ne aumenta la durezza superficiale, la resistenza all'usura e la resistenza alla corrosione.
Riscaldamento laser
Viene utilizzata la lavorazione laser dei materialiovunque, anche per la produzione di nanotubi di grafene. A seconda dell'intensità e della durata dell'esposizione alla radiazione laser, è possibile riscaldare il materiale senza distruzione visibile, scioglierlo, evaporarlo e persino lavare via i prodotti della distruzione.
I calcoli mostrano che la velocità di riscaldamento al'irradiazione laser dei materiali è molto alta - fino a 10–10 ° C / s. In breve tempo, gli strati superficiali hanno il tempo di riscaldarsi fino a temperature elevate, fondersi e surriscaldarsi. Nel metallo surriscaldato, le impurità hanno il tempo di dissolversi.
Il riscaldamento laser è lo stesso del riscaldamento a scarica di gas,utilizzato per concentrare l'energia sulla superficie della grafite. Questa energia viene utilizzata per la spruzzatura termica della grafite. Con lo sputtering laser si ottengono praticamente solo nanotubi multistrato - con un numero di strati da 4 a 24 e fino a 300 nm di lunghezza. In questo caso, il campione di grafite - il bersaglio su cui si concentra la radiazione laser - viene posto in un forno per un ulteriore riscaldamento.
E un gruppo di fisici teorici di uno dei Londoni college hanno persino escogitato un nuovo metodo che potrebbe consentire ai laser di riscaldare determinati materiali a temperature del nucleo solare e oltre, anche se in appena 20 quadrilioni di secondi.
L'uomo nelle sue conquiste tecnologichesempre ispirato dalla natura: dall'uso del fuoco per cucinare e per finire con i moderni reattori nucleari, che si basano sugli stessi processi della generazione di calore dal centro della Terra. La capacità di riscaldare ha permesso all'umanità di diventare la specie dominante sul pianeta, espandere il proprio habitat anche nelle zone climatiche più severe, accelerare le reazioni chimiche, creare materiali super resistenti e, infine, rendere la vita più confortevole e tecnologicamente avanzata.
Non esclude i rischi.
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